Lavorazioni metallo: cosa si intende?
Con lavorazioni del metallo si intendono quei processi in cui si modificano o alterano le caratteristiche del prodotto mediante utensili e macchinari. Questa tecnologia ha subito notevoli evoluzioni nel tempo, consentendo oggi, grazie a macchinari e lavorazioni industriali sempre più avanzati, di produrre componenti per ogni settore di destinazione.
Lavorazioni del metallo: classificazione di base
Tutte le lavorazioni del metallo possono essere suddivise in due categorie:
- le lavorazioni del metallo a freddo
- le lavorazioni del metallo a caldo
Prima di vedere cosa sono, però, è meglio specificare una cosa.
Devi sapere che la più corretta classificazione delle lavorazioni del metallo distingue due approcci differenti dalla comune “a freddo e a caldo”.
La più corretta classificazione delle lavorazioni del metallo riconosce come approcci:
- la deformazione meccanica
- la trasformazione plastica
La deformazione meccanica del metallo
La deformazione meccanica del metallo è un processo di modifica della forma fisica di un materiale metallico attraverso l’applicazione di forze meccaniche esterne.
Durante la deformazione meccanica, il metallo subisce una serie di cambiamenti nella sua struttura fisica, garantendo la modifica della sua forma in modo permanente.
Alcuni esempi di lavorazioni per deformazione meccanica sono: il taglio (anche laser), la piegatura, la fresatura, la laminazione, la trafilatura, la forgiatura, la saldatura e la lavorazione tramite pressa.
Queste metodologie sono ampiamente impiegate in settori come la metallurgia, l’ingegneria e la produzione di componenti industriali.
La trasformazione plastica del metallo
La trasformazione plastica del metallo è un processo che porta alla modifica della forma del materiale metallico attraverso il trattamento termico e la deformazione della sua struttura.
A differenza della deformazione meccanica, che può avvenire a caldo o a freddo, nella maggior parte dei casi la trasformazione plastica coinvolge operazioni che si svolgono a temperature elevate.
Durante la trasformazione plastica, il metallo subisce cambiamenti nella sua struttura cristallina a causa dell’applicazione energia sotto forma di calore e della successiva manipolazione della forma.
Alcuni esempi di lavorazioni per trasformazione plastica sono la forgiatura, la laminazione a caldo, la fusione e lo stampaggio.
In sintesi, la trasformazione plastica del metallo è un metodo che sfrutta il trattamento termico e la deformazione per plasmare il metallo per ottenere un prodotto semilavorato in grado di garantire requisiti di progettazione e prestazione richiesti.
La vera differenza tra lavorazioni metallo a caldo e a freddo
La differenza tra lavorazione a caldo del metallo e lavorazione a freddo non dipende dalla temperatura assoluta dell’elemento durante il processo di trasformazione.
La temperatura che definisce se una lavorazione è “a caldo” o “a freddo” non è infatti quella assoluta, ma quella di fusione.
Anzi, il rapporto tra la temperatura di fusione del metallo e la sua temperatura durante la lavorazione.
- Deve essere inferiore a 0,3 nelle lavorazioni a freddo
- Deve essere superiore a 0,6 nelle lavorazioni a caldo
Le lavorazioni a freddo
Le lavorazioni a freddo dei metalli comprendono tutti i processi di lavorazione che avvengono a temperatura ambiente o leggermente superiori, senza il ricorso dell’energia termica sotto forma di calore, tipica delle lavorazioni a caldo.
Questi processi a freddo sono utilizzati per ottenere precisione dimensionale, migliorare la finitura superficiale e preservare le proprietà meccaniche del metallo.
Tuttavia, è importante notare che alcuni materiali possono subire un certo grado di indurimento a freddo durante questi processi.
Nelle lavorazioni a freddo la temperatura assoluta del prodotto non si avvicina alla sua temperatura di fusione.
Le più diffuse tipologie di lavorazione del metallo a freddo comprendono:
- Lavorazione con asportazione del truciolo: si tratta di un processo in cui si ottengono materiali a forma desiderata tramite l’uso di utensili da taglio.
Durante la lavorazione con asportazione del truciolo, un utensile tagliente, come un tornio o una fresa, viene applicato al materiale grezzo, generando trucioli di materiale che vengono rimossi dalla superficie. Questo processo consente di ottenere precisione dimensionale, finiture superficiali specifiche e forme complesse.
Tra le operazioni che rientrano in questa tecnica troviamo: tornitura, smussatura, sfacciatura, foratura, filettatura barenatura, alesatura, formatura, marcatura, fresatura, molatura.
- Imbutitura: l’imbutitura coinvolge la deformazione del metallo per creare una cavità concava o una forma tridimensionale. Questo processo è spesso utilizzato per creare componenti come scocche di auto e contenitori metallici.
- Trafilatura: la trafilatura è il processo di estrazione del metallo attraverso un dado per ottenere fili o forme specifiche. Questa lavorazione è comune nella produzione di fili metallici di diverse dimensioni e lunghezze.
- Laminazione: la laminazione comporta la riduzione dello spessore del metallo attraverso passaggi multipli tra cilindri. Questo processo è ampiamente utilizzato per produrre lastre metalliche sottili, fogli e altri semilavorati.
- Piegatura: la piegatura è il processo di curvatura del metallo senza riscaldarlo in modo significativo. Questo è comunemente utilizzato per creare componenti curvati o angolati, come lamiere di carrozzeria.
- Estrusione: l’estrusione è un processo in cui il metallo viene spinto attraverso una matrice per ottenere una forma specifica. Questo metodo è comunemente impiegato nella produzione di profili metallici complessi, come telai per finestre e porte.
- Taglio laser: il taglio laser utilizza un raggio laser focalizzato per tagliare il metallo con precisione. Questo processo è adatto per creare forme dettagliate e per lavorare materiali sottili, ed è ampiamente utilizzato nell’industria manifatturiera.
- Trinciatura: la trinciatura è il processo di taglio del metallo mediante punzoni e matrici. Questo processo è spesso utilizzato per produrre parti metalliche a forma di foglio, come lamiere e pannelli.
- Foratura: la foratura coinvolge la creazione di fori nel metallo utilizzando trapani o macchine perforatrici. Questo processo è essenziale nella produzione di componenti in cui sono necessari fori precisi, come nella costruzione di telai metallici.
- Alesatura: l’alesatura è il processo di rifinitura di un foro esistente per ottenere dimensioni precise. Questo è comunemente usato per migliorare la precisione di fori critici in componenti come alberi motore.
- Tornitura: la tornitura è il processo di rimozione del materiale da un pezzo metallico rotante per ottenere una forma desiderata. Questo processo è ampiamente utilizzato nella produzione di componenti cilindrici come viti e alberi. Queste lavorazioni svolgono ruoli cruciali nella produzione di una vasta gamma di prodotti metallici, contribuendo a soddisfare le diverse esigenze industriali e commerciali.
Le lavorazioni a caldo
Le lavorazioni a caldo dei metalli coinvolgono processi di lavorazione che avvengono a temperature elevate, al di sopra della temperatura di fusione del metallo.
Questi processi termici influenzano la struttura del materiale e ne alterano le proprietà meccaniche, preparando il prodotto per la deformazione plastica.
Questi processi a caldo sono spesso utilizzati per migliorare la lavorabilità del metallo, ridurre la sua durezza, migliorare la finitura superficiale e ottenere forme specifiche.
Tuttavia, possono anche portare a una perdita di precisione dimensionale rispetto alle lavorazioni a freddo.
Alcuni esempi di lavorazioni del metallo a caldo sono:
- Forgiatura o Fucinatura: la forgiatura è un processo in cui il metallo viene plasmato attraverso l’applicazione di pressione e martellatura a temperature elevate. Questo processo modifica la struttura del metallo, migliorandone le proprietà meccaniche. La forgiatura produce componenti resistenti e robusti utilizzati in diverse industrie, come parti automobilistiche e utensili.
- Fusione: la fusione è il processo di trasformazione del metallo dallo stato solido a quello liquido attraverso il riscaldamento. Il metallo fuso può essere versato in stampi per creare forme specifiche. Questo processo è ampiamente utilizzato per la produzione di getti metallici complessi, come parti di motori e componenti industriali.
- Stampaggio: lo stampaggio coinvolge la formatura del metallo mediante l’uso di stampi e pressioni. Questo processo consente di ottenere rapidamente componenti complessi e dettagliati. Lo stampaggio è ampiamente impiegato per la produzione di parti in serie, come gusci di telefoni e componenti elettronici.
- Saldatura: la saldatura è il processo di unire due o più pezzi metallici mediante il riscaldamento e la fusione di un materiale di riempimento. Questo processo crea una connessione solida tra i pezzi, utilizzata in varie applicazioni, dalla costruzione di strutture metalliche alle riparazioni automobilistiche.
Macchinari industriali per la lavorazione dei metalli
Sono davvero numerosi i macchinari industriali che permettono lavorazioni del metallo complesse e dall’alto grado di affidabilità e precisione, a caldo e a freddo.
Nell’elenco che segue, abbiamo raccolto i macchinari industriali più diffusi per le lavorazioni viste fino ad ora.
- Presse: sono impiegate per eseguire lavorazioni di deformazione plastica tramite compressione su materiali metallici o altri materiali.
Si suddividono in:
- Presse Meccaniche: utilizzano un sistema a leve e piani inclinati per generare pressione meccanica, impiegando un motore elettrico o a combustione interna.
- Presse Idrauliche: sfruttano il principio di trasmissione di forza attraverso fluidi idraulici, generando pressione mediante l’uso di pompe idrauliche.
- Presse Idroformatrici: progettate specificamente per la formatura di materiali mediante pressione idraulica. Spesso utilizzate in lavorazioni di tubi e componenti strutturali, queste presse offrono precisione e controllo nella deformazione di materiali a parete sottile, come tubi e profilati.
- Tornio: il tornio permette di ruotare il materiale attorno a un asse per rimuovere il materiale in eccesso, ottenendo forme cilindriche o coniche.
- Alesatrice: è utilizzata per eseguire fori di precisione su materiali, migliorando dimensioni e finiture superficiali.
- Fresatrice o Fresa: è impiegata per rimuovere materiale da una superficie mediante l’uso di un utensile rotante per ottenere forme complesse.
- Stozzatrice: è utilizzata per creare stozzi o coni su materiali mediante rimozione di materiale in eccesso.
- Limatrice: è impiegata per rimuovere il materiale attraverso un movimento alternativo dell’utensile di taglio, generando superfici piane o profilate.
- Piallatrice: è utilizzata per rendere piane e lisce le superfici di un materiale mediante l’asportazione di strati sottili.
- Mola: è impiegata per affilare, levigare o tagliare materiali mediante l’abrasione di una superficie rotante.
- Saldatrici: sono impiegate per unire materiali mediante fusione o pressione, creando giunzioni saldate.
- Segatrici: sono utilizzate per tagliare materiali mediante una lama rotante o oscillante.
- Trapani: sono impiegati per eseguire fori su materiali mediante la rotazione di una punta tagliente.
I metalli più indicati per le lavorazioni
Ciascun metallo possiede caratteristiche fisiche e chimiche proprie che lo rende ideale per specifiche lavorazione, garantendo le prestazioni e i risultati di forma, struttura e impiego desiderati.
I principali metalli impiegati per le lavorazioni sono:
- Ferro: il ferro è un metallo con elevata resistenza e duttilità. È ampiamente utilizzato nelle costruzioni per la sua capacità di fornire stabilità strutturale. La sua elevata disponibilità e costo relativamente basso lo rendono una scelta comune per lavorazioni che richiedono forza e durabilità.
- Acciaio: l’acciaio è una lega di ferro e carbonio, con aggiunta di altri elementi. Questa lega conferisce all’acciaio resistenza, durezza e resistenza alla corrosione. È versatile e utilizzato in una vasta gamma di lavorazioni, tra cui costruzioni, automobili, elettrodomestici e strumenti.
- Alluminio: l’alluminio è leggero, resistente alla corrosione e facilmente lavorabile. È comunemente utilizzato in lavorazioni leggere come aerospaziale, automotive e confezionamento alimentare, dove la leggerezza è essenziale.
- Rame: il rame è un eccellente conduttore di elettricità e calore, rendendolo ideale per applicazioni elettroniche e la produzione di cavi elettrici. La sua resistenza alla corrosione lo rende adatto anche a elementi decorativi e strutturali.
- Bronzo: il bronzo è una lega di rame e stagno, con proprietà di resistenza, duttilità e resistenza alla corrosione. È spesso utilizzato per la produzione di statue, componenti meccanici e strumenti musicali.
- Titanio: il titanio è leggero, resistente alla corrosione e biocompatibile. Trova applicazione nell’industria aerospaziale, medicale e chimica, dove la leggerezza e la resistenza alla corrosione sono essenziali.
- Zinco: lo zinco è spesso utilizzato come rivestimento protettivo per prevenire la corrosione. Le leghe di zinco, come lo zama, sono impiegate in lavorazioni di stampaggio e fusione.
- Nichel: il nichel offre resistenza alla corrosione e alle alte temperature. Trova impiego nelle leghe come l’Inconel, utilizzate in applicazioni ad alta temperatura e chimiche.
Settori d’impiego dei metalli lavorati
I metalli lavorati trovano impiego in una vasta gamma di settori e applicazioni. Ecco alcuni dei principali campi d’impiego:
Costruzioni e Ingegneria Civile: sfruttano la robustezza di acciaio e alluminio nella creazione di strutture e componenti per edifici, ponti e altre opere infrastrutturali.
Automotive: impiegano acciaio, alluminio e leghe leggere nella fabbricazione di veicoli, includendo carrozzerie, motori e elementi strutturali.
Aerospaziale: utilizzano titanio, alluminio e leghe ad alta resistenza per la produzione di aeromobili, motori e componenti spaziali.
Elettronica: impiegano rame e leghe conduttive nella realizzazione di circuiti elettrici, cavi elettrici e componenti elettronici.
Energia: fanno largo uso di acciaio inossidabile nell’industria delle energie rinnovabili e impiegano metalli nelle centrali elettriche e nei generatori.
Industria Alimentare e Confezionamento: utilizzano acciaio inossidabile per le attrezzature di produzione alimentare, i contenitori e gli imballaggi.
Chimica e Farmaceutica: sfruttano leghe resistenti alla corrosione nelle attrezzature chimiche e farmaceutiche.
Medicina: si affidano a titanio e leghe leggere per la produzione di dispositivi medici, impianti e protesi.
Industria Manifatturiera: impiegano diversi metalli nella produzione di utensili, macchinari e componenti industriali.
Arredamento e Design: utilizzano bronzo, ottone e acciaio inossidabile per creare mobili, lampade e opere d’arte.
Energie Rinnovabili: sfruttano metalli nella produzione di componenti per tecnologie rinnovabili, come celle solari e turbine eoliche.
Telecomunicazioni: utilizzano cavi elettrici e componenti di telecomunicazioni realizzati in rame e leghe conduttive.
Questi sono solo alcuni esempi, poiché il settore industriale della lavorazione del metallo offre oggi possibilità di così largo impiego e dalle proprietà di lavorazione, costo e smaltimento così uniche, che il metallo è ormai da ritenere una risorsa insostituibile.
